磷酸铁锂电池恒温恒湿净化车间

磷酸铁锂电池与正极材料厂恒温恒湿净化车间

1 工程概况

该磷酸铁锂电池和正极材料厂占地面积 25 亩。按功能可划分为五个区域，磷酸铁锂电池车间为二层钢结构厂房，总面积 3600 平方米；磷酸铁锂正极材料车间为单层钢结构厂房，总面积 1800 平方米；配套设施区域位于车间南侧，面积为 400 平方米；实验和办公楼位于车间东侧，框架结构，面积为 2500 平方米；生活区位于车间东南侧，面积为 3700平方米。

2 设计参数

2. 1 室外设计参数

室外设计参数在当地气象部门数据的基础上附加安全裕度：夏季大气压为101. 15kpa，环境参数按最大干球温度为 36℃，相对湿球 95%，绝对含湿量为31. 7g/kg。

2. 2 室内设计参数

磷酸铁锂正极材料车间、电池车间设计参数（见表 1）：

车间内的发热量主要来自轻度劳动强度产热（100w/h. p）、外围护结构综合热负荷（140w/㎡）和室外环境温度（冬季热补偿按夏季热负荷 60%设计）；产湿量主要来自着隔湿服戴口罩下人员轻度劳动强度产湿（100g/h. p）、人员开门湿气交换 1m3/h 次、人员进出次数按 2h/次。为提高空气品质，在可能产生酸性有机气体的车间（如涂布车间、烧结车间和化成车间），设计单向工艺排风。

3 恒温恒湿系统设计及设备选择

3. 1 恒温恒湿系统设计

由表 1 得出该厂车间需控制温湿度的房间体积为7072立方米，需10 万级净化的房间体积为4594 立方米，且温湿度控制同时系数较高。该车间楼层净高为5. 7米，有充足的空间安装风管，南侧有为配套设备预留的空间和电源，因此，设计三台组合式转轮除湿机组，配合 8 台风冷式冷水机组。

由于车间为钢结构厂房，为了达到密闭要求，车间内部隔断全部采用 50mm 厚聚苯泡沫板，搭接处全部采用阴阳角方式封堵。

3. 2 设备选择

经过除湿体积与风量计算，正极材料车间选用一台组合式转轮除湿机。该机组总制冷量242. 35kw、总除湿量128388g/h、新风量 1800m3/h、设计换气次数：14 次/小时，设置初、中、高三级净化系统。冷水源为一台制冷量 325kw的冷水机组。

电池车间一层选用一台组合式转轮除湿机。该机组总制冷量175. 02kw、总除湿量 96384g/h、新风量 1500m3/h、设计换气次数：14次/小时，设置初、中、高三级净化系统。

冷水源为一台制冷量 91. 2kw的冷水机组。电池车间二层选用一台组合式转轮除湿机。该机组总制冷量 312. 41kw、总除湿量 172828. 80/h、新风量 2500m3/h、设计换气次数：14次/小时，设置初、中、高三级净化系统。冷水源为一台制冷量 325kw 的冷水机组。

4 主要经济、技术指标

该厂恒温恒湿系统夏季冷负荷为1470. 98kw；冬季热负荷为1540. 78kw。建筑面积平均冷负荷指标为137w/㎡，平均热负荷指标为 150 w/㎡。系统风管采用镀锌铁皮现场加工，设计风速 7. 5m/s，采用初、中、高三级过滤模式。

5 工程设计节能创新与特点

该工程恒温恒湿系统设计主要包括生产车间、库房、料仓恒温恒湿和车间办公室舒适性保障两部分。在针对生产车间、库房、料仓设计时，结合生产工艺的特点，实现资源重复利用、降低能耗是本次恒温恒湿系统设计的主要创新点。

此外，由于厂区所在地区四季分明，且夏季湿度较高，恒温恒湿系统必须按照最恶劣的天气参数设计。如何能在满足生产环境要求的情况下，最大程度的降低能耗是本次设计的难点。

5. 1 组合式转轮除湿机变频系统

经计算，本次设计的恒温恒湿系统额定总功率为 481kw，其中电动机额定总功率为 95kw，再生加热段额定总功率为170kw；冷水机组额定总功率为 114kw。

结合组合式传轮除湿机的除湿原理，针对电动机加装变频系统（原理图见图 1）可以在效果和节能两个方面实现双赢。

针对夏季时的恶劣天气，变频器全频运行，机组满负荷运转；冬季气温和湿度较低时，变频器降频运行，机组运转只需满足生产工艺要求即可，表 2 是电池车间二层机组 2014年 12 月21日至25日的能耗曲线（室外温度-3-5℃、湿度50%-60%、每日运行10小时）。

经统计，在2014年12月21日-2014年12月25 日期间，电池车间二层机组实际用电量为 3060kwh；如机组电动机全频工作，实际用电量为 3945kwh。由此可得，加装变频系统后，恒温恒湿系统的能耗降低了 22. 4%。

5. 2 真空烧结炉热回收再热系统

真空烧结炉是磷酸铁锂正极材料生产的关键设备。该设备额定功率为 270kw，在烧结完成后，炉膛温度为 650℃，且需在 6 小时内以水冷的方式降温至 40℃后，才能进行后续操作，在连续生产的情况下，该部分热能相当可观。

针对真空炉冷却系统的热回收，采用了与恒温恒湿机组循环水系统并网的方案。在热回收系统开启的情况下，恒温恒湿机组完全可以关闭冷水机组和再生加热段，由热回收系统提供热源。热回收系统供回温差设计为 7℃，实际运行时，一般不需要调节供水温度，如在秋季时，因循环水温太高，湿度无法控制，可以在供水管道上加装比例调节阀。

6 恒温恒湿系统运行效果

该工程恒温恒湿系统运行调试一次成功，各生产车间的温湿度控制精度、均匀度均达到了生产工艺要求。为了体现恒温恒湿系统的节能效果，工厂在满负荷生产的情况下，分别对恒温恒湿系统的能耗进行了统计。从对比的运行条件看，恒温恒湿系统能耗最高的时间是夏季，总负荷达到了355. 9kw；能耗最低的时间是1月份，总负荷为171. 8kw，未开启变频系统和热回收系统时的负荷为248. 6kw，能耗降低了30. 9%，预计每年可节约电费103680元。

7 结论

从近一年的运行负荷来看，本次设计的恒温恒湿系统，在夏季处于满负荷运行状态。在 7 月中旬出现过表显湿度达到 29. 7%的情况，经过降低循环水水温等措施，湿度稳定在28. 6%。在冬季，由于室外湿度较低，恒温恒湿机组主要起到恒温的作用，通过降低电源频率和降低再生加热温度，能耗降低了22%；通过烧结车间的热回收系统，转轮的热源由真空烧结炉的循环水供给，与恒温恒湿机组配套的冷水机组基本可以关闭，使得能耗较低了8. 9%，与传统的恒温恒湿系统相比，其节能的经济效益和社会效益显著。